June 19, 2007

• endless forms most beautiful

  校友會廣告﹕30/6 有船河﹗

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  [無限形體，美極至極]

  頗合意境，重用之﹕
  (Morning from Peer Gynt Suite No.1, Op.46)(Masterpieces Disc 2)(播放完畢)

  《蝴蝶、斑馬與胚胎﹕探索演化發生學之美》(Endless Froms Most Beautiful - The New Science of Evo Devo)，Sean B. Carroll，商周(台北)，2006-12(1)

  先拆英文名，對達爾文略有認識者，應該知道本書的英文書名來自《物種起源》的最末段﹕

  "There is grandeur in this view of life, with its several powers, having been originally breathed by the Creator into a few forms or into one; and that, whilst this planet has gone circling on according to the fixed law of gravity, from so simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being evolved."

  副題的 Evo Devo，在某些原教旨主義者耳裡，聽起來大概像 Evil Devil。
  但其實這是「演化發生學」的簡稱，即 Evolutionary Developmental Biology。

  雖然這本書討論科學的新發展，但發生學和演化的關係不是新事。
  如果看任何一本介紹演化的科普書籍，都會提及支持演化、來自不同學科的證據，其中一支就是胚胎學。這些證據在現代綜合理論出現前(甚至在達爾文的時候)，就已經有了。

  所謂「發生學」(或稱「發育學」，但容易與青少年的「發育」混淆)，就是研究胚胎發育的學科。
  但無論我們稱為胚胎學或發生學，在達爾文時代和之後很長的時期，基於缺乏技術，這方面的發展都很有限。我們很早就知道所有脊椎動物的胚胎，初期都很接近，這足以作為共同祖先的引證。何況胚胎發育和種系發生是一種很有趣的類比，就像書中引述赫胥黎的說法﹕

  「就像種子長成一棵樹，或是蛋孵化成一隻鳥的發生過程一樣自然，演化沒有牽涉到創造或是其他類型的超自然力量。」—《格言與反思》

  既然我們可以接受一個受精卵自然地產生不同組織的細胞(形成整個人)，那麼「由一個共同祖先產生多樣化後代」的觀念，又怎麼不能接受﹖
  可是，對於胚胎如何由一個細胞變成不同器官、組織，當時科學家掌握到的很有限。頂多是知道有些被稱為 organizer 的細胞團，可以控制組織發育。例如在一些較簡單的生物身上，如果控制眼睛發育的 organizer 被移植到另一部位，就會在那裡長出另一隻眼睛(有些 organizer 甚至可以令生物另外長一個頭出來)。但那是如何達成的呢﹖不知道。

  當然，這題目嚴格而言不是演化論的重要問題，因為有那麼多不同方面的證據，足以證明演化的真實性。在現代綜合理論中，遺傳學說明了族群基因頻率和性狀的變化(微演化)、系統分類學則研究物種之間的關係、古生物學則說明高層分類群的演變(宏演化)。
  創造論者(所謂智慧設計論是一丘之貉)所謂微演化和宏演化之間的鴻溝，其實並不存在。不過，科學家「知其然不知其所以然」，無法闡釋基因演變如何導致不同性狀的產生和種化，當然是一大遺憾，而且亦無法令大眾直接感受演化的實質影響，更令創造論者振振有詞。
  (方某找到的定律﹕謬論通常較短、較多人信。駁論通常較長，而且乏人問津。)

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  關於斑紋的產生，數學家給了生物學家很大的啟發(何況「自組織」之類的混沌理論都是數學家發展的)。但本書討論的是基因，不是數學。
  本書介紹的「演化發生學」，就是利用發生學的最新發展(研究基因和發生過程的關係、和比較不同生物的相關基因)，解釋生物的演化關係和多樣性狀的來由。

  發育生物學揭示了同類區基因(以 Hox 基因為代表)控制不同動物的體節形成，果蠅的 Hox 基因竟然和老鼠、人類的(類似基因)幾乎一致。這個發現震驚科學界，更令不少科學家跌破眼鏡(包括演化學大師 Mayr，他認為不同的分類群應該有不同的同源基因)。
  不單是控制體節的基因一樣，就連控制器官形成的基因亦差不多。例如控制果蠅複眼和心臟形成的基因(eyeless, tinman)，就跟控制哺乳類眼睛和心臟形成的基因近乎一樣。雖然複眼和人眼、昆蟲心臟和哺乳類心臟，構造不同，但竟然都以同一基因控制﹗
  如果這也不引證了昆蟲和哺乳類有共同祖先，那還可以代表甚麼呢﹖

  既然如此，不同生物的形態分別，很明顯就不是因為同類區基因有分別。
  解釋基因如何達致多樣化的重點，不在於蛋白質編碼區域(外顯子)，而在於負責調節基因表現的開關上。

  每段基因，除了為蛋白質編碼之外，還有很多其他部分，其中一段就是在基因編碼區前面的啟動子。啟動子有可供不同蛋白質結合的部分，這些蛋白質結合後可以啟動或阻礙基因表現(i.e. 令基因開始或停止製造蛋白質)，而這些蛋白質結合的部位，有特定的鹼基編碼(鹼基是DNA的單位)。所以每一段開關編碼都有特定的「對頭人」，如果開關編碼改變，就會影響結合，從而影響對基因表現的控制。
  就像電視劇裡有人「換鎖匙」，會令某人無法回家(又或者，讓另一人進家)一樣。

  古生物學有一個定律(「定律」在生物學是很罕見的東西)，叫威理斯頓定律(Williston's Law)﹕
  「這是一種演化定律，有機體的各部位傾向減少數量，僅有較少的部位具有高度特化的功能」

  這定律應用於所謂「系列同源」，一系列重複生成的構造上。龍蝦的觸角、螯(蚶)、步行足、游泳足、尾巴，就是這定律的特化例子。在人類身上亦然，我們脊椎、牙齒、手指腳趾，都是由遠祖身上一樣的重複構造，減少數目、分歧特化，而形成現在樣子、功能都不同的各部分。

  基因開關的變化，就可以解釋這定律的原因。
  透過修改基因開關，調整不同基因表現的部位和時間，就可以影響胚胎發育、影響不同部位的發育。(詳情可看書中介紹，科學家如何令雞胚胎在翼上多長一隻反方向「雞翼尖」的實驗 )
  之所以有多指症(有些人有六隻手指或腳趾，是一種返祖現象)，就是因為某些控制發育的基因，在不適當的時間和地點表現而已。而它們之所以在不適當的時間地點表現，就是因為基因開關出問題。

  今期《科學人》剛剛有一篇文章〈你的基因密碼拼對了嗎﹖〉，就是最近研究發現一種癌症細胞基因的單核苷酸多型性(SNP)，雖然不影響表現的胺基酸序列，但竟然會影響到蛋白質的合成速度和摺疊，最後影響到基因表現和癌細胞的抗藥性。(說來簡單，雖然同一胺基酸可以使用多組密碼，但不同物種通常會有慣用的密碼組，而細胞會製造慣用密碼組的 tRNA。如果變成另一組，雖然胺基酸一樣，但相關的 tRNA 因為數量較少，就會形成製造線上的樽頸。由於蛋白質的摺疊方式很重要，製造速度不對，可能就影響到摺疊過程，破壞了最終的蛋白質。)

  連被認為「不影響表現」(如同木村資生所說中性突變)的「緘默」突變(silent mutation)，原來也不「沉默」。基因開關的改變能夠帶來的影響，可以想像(或者，應該說多到難以想像)。

  相信這本書對沒有預科生物學程度的學生而言比較難讀懂。不至於完全不明白，但細節也許會不大了了。本書有很美麗的彩圖和圖解，對於讀者的理解，很有幫助。如果對於基因運作的說明讀不懂的話，可以跳過去，大概知道就好了。
  難道蝴蝶的翅膀、斑馬的斑紋，如此美麗的東西，還不能吸引你去探索一下嗎﹖

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  正如作者的憂慮，美國的演化教育極度不足。
  香港也好不了多少，因為影響香港最大的，就是受美國原教旨主義影響的教會。
  所以，莫說不是每個香港學生都會學習演化，就連生物科裡面，亦因為非課程重點(只佔幾堂)或者老師本身的信仰偏見，而很少教授。就算照本宣科教了，學生亦不知所云。
  就是因為有這種教育基礎，所以才讓我見到「生物科準教師聲稱演化只是理論」的荒誕情景。

  作者罵這些人罵得沒錯，這班自稱教徒的人，好像忘了十誡裡有「不可作假見證陷害人」這一條。
  (當然，在香港的死光同路人身上，我們都可以看得很清楚。學大契話齋，「我地雙眼就係證據」。)
  亦正如在下先前所說，把「未知」當成神蹟(或「相信神存在的根據」)是很危險的。因為這樣等於把宗教放到科學的對立面—而且是客場作賽。只要科學家有任何新發現，都會對信仰構成威脅。這班人之所以反科學，只不過因為他們自己「落錯場」而已。

  「比希以遺傳學中「達爾文的黑盒子」來描述演化論在解釋新化石分類單位上的無能為力。他期待這盒子被開啟時，能找到帶有神性的證據。不過，達爾文的黑盒子裡裝著的，只是另一類型的遺傳學—發生遺傳學。」—發生生物學教材書作者 Scott Gilbert, Swarthmore College

  宗教是「形而上」的，本來就不應該去踩科學家那趟「形而下」的混水。
  「凱撒的歸凱撒，上帝的歸上帝」，難道他們忘了嗎﹖物質世界的事，留給科學家吧。

  「在後達爾文的時代思考上帝，不能像奧古斯丁、阿奎納或是我們的祖父與父母一樣。今日，我們需要用演化的詞彙重寫所有的神學。」—神學家 John Haught, Georgetown University

  (對於教徒為何應該接受演化論，Shermer也有篇很好的文章)

  另一方面，過分強調細節的生物教育，會倒小朋友的胃口。倒不如讓他們多接觸歷史故事和體會演化觀念、了解演化是甚麼一回事。除了一向引人的化石，現在對發生學的研究，也提供了色彩鮮艷而生動的故事(就如本書的彩圖)。所以，生物科老師尤其應該讀這本書。

  作者引述了一句很令人寬心的話﹕

  「即使花上一生的時間，都很難說服一個人改正他的錯誤觀念，但係必須謹記的是，科學的進展也是相當緩慢的。若他不能接受，他的子孫也許可以。地質學家告訴我們，他們花了一百年的時間才證明化石是有機物，而又多花了一百五十年的時間，才證明那些化石並不是諾亞時代的大洪水所造成的。」—Henry Darid Thoreau

  對於人性本質的了解，令我們無法如此樂觀。

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  繼續挑骨頭﹕
  1. 頁25，古爾德的姓應是 Gould 而非 Could，純粹手民之誤。
  2. 頁67，「據說法國國王查爾斯八世與美國總統邱吉爾也有多指」——美國總統邱吉爾﹖
  我在網上查了個多小時(包括用各種名詞搜尋、和略讀中文維基的美國總統傳略)，才找到一篇文章，說明原來不是美國總統，而是英國的邱吉爾。
  3. 頁117，「Hoxb3表現於r5與r6」，如果對照「彩圖n''''」，應為「Hoxa3」。未知何者為正確，但相信是後者，內文搞錯的機會應該高於圖片。
  4. 頁120，「……或者是雷克斯龍，牠們前後肢間的差異可能更大」。雷克斯龍是否指「Rex」﹖
  那麼為何不乾脆譯作比較知名的「暴龍」﹖
  5. 頁129註釋﹕「DNA在轉錄成RNA時具有方向性，RNA合成酶在DNA上會由前端(3')往後端(5')移動」。
  忽然有點疑惑，因為一向讀基因都是由 5' 到 3' 的。(「'」讀 prime，指核醣上的第幾個碳原子)
  不過，慢慢想清楚，因為遺傳密碼是在 mRNA 上從 5' 到 3' 讀的，而 DNA/RNA 鏈都是從 5' 到 3' 形成的(下一個核苷酸的 5' 會接到上一個的 3')，所以合成 RNA 時自然是從 DNA 的 3' 到 5' 去讀。
  查查維基百科，果然是我庸人自擾。
  6. 頁240，「aplha」應為「alpha」，同樣是手民之誤。

  又一個我不同意的分類號。
  這本書「附送」的預行編目是「363.019 遺傳因子與遺傳性」，不知所云。
  我認為分在「363.4 發育﹔新陳代謝」還差不多。(是發育，跟後者沒關係)
  新版賴永祥在「361普通生物學」中也有個「發育」的分類，不過我覺得分在遺傳學之下比較好。

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  近來為維基百科花了太多時間了，這趟混水也踩得太久了。

  我要說的都說了。我只能說見到很精彩的「自衛反應」表演。
  當爭議變成混戰，很多人就搞不清楚別人在說甚麼，和自己在做甚麼。

  • 3:24 am
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